MELHORAMENTO DE PLANTAS. 1. Bases genéticas do melhoramento 2. Sistemas reprodutivos em plantas cultivadas

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1 MELHORAMENTO DE PLANTAS 1. Bases genéticas do melhoramento 2. Sistemas reprodutivos em plantas cultivadas

2 Fenótipo (F) Um fenótipo é um traço mensurável ou característico, tais como tamanho ou coloração da espiga Genótipo (G) composição genética de um organismo

3 Prod F = G + E + GE (Fehr, 1987)

4 Identificação de interação GE Mais de um genótipo Mais de um ambiente Qualquer fator capaz de interferir - expressão de um gene - macro ou microambientais Oliveira et al., 2006, PAB, vol.41, n. 8

5 A Genética e o trabalho de Mendel Gregor Mendel (1866) Ervilha comum (Pisum sativum) fácil cultivo ciclo reprodutivo curto autofecundação natural (linhagens puras) produção de muitas sementes /planta diversas variedades, contrastantes

6 Cruzamentos entre duas variedades diferentes Técnica de cruzamento Estudo de sete características contrastantes Analisou a proporção em F 2 Caracteres um a um Dois ou mais caracteres combinados Estatística para análise dos dados (números e combinações de probabilidade)

7 Caracteres estudados por Mendel (Qualitativos) Altura da planta (baixa/alta) Tipo da semente (lisa/enrugada) Cor dos cotilédones (amarelo/verde) Cor do tegumento da semente (colorida/incolor) Posição da flor no caule (axilar/terminal) Tipo da vagem (lisa/com constrição) Cor da vagem imatura (verde/amarela)

8 Características do método Análise das características uma a uma - depois duas a duas Muitas gerações Observação das diferentes formas Anotou o número de vezes (proporções e hipóteses numéricas) Comprovou as hipóteses

9 As Leis de Mendel 1 a Lei de Mendel: Segregação independente As características são condicionadas por pares de fatores. Há pelo menos um fator para cada variedade alternante da característica. Esses fatores ocorrem aos pares nos indivíduos e, durante a formação dos gametas, segregam-se, indo um fator do par para cada gameta

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11 2 a Lei de Mendel Quando dois pares de fatores (alelos) se situam juntos numa combinação híbrida, segregarão independente um do outro em F 2.

12 Freqüência genotípica a percentagem em que determinado genótipo se apresenta num grupo Freqüência fenotípica Freqüências iguais quando: Dominância parcial Sobredominância Aditividade Diferem quando há dominância completa

13 Nível de Dominância Genótipo Aditividade Dom. Parcial Dom. Completa Sobredom AA Aa aa N o. Fen. obs

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15 Para 1 par de genes c/ Relação fenotípica (F 2 ) - 3 : 1 dominância completa: Relação genotípica (F 2 ) - 1 : 2 : 1

16 Caracteres qualitativos Classes fenotípicas distintas Controlados por um ou dois genes Expressão dos genes - pouca ou nenhuma influência do ambiente Ex.: Cor de flor (antocianina)

17 Segregações conhecidas: 3:1 ou 1:2:1 e 9:3:3:1 para um e dois locos, respectivamente Dominância Dominância, dominância parcial Os estudos qualitativos são feitos em nível de indivíduos e a interpretação da herança é feita com base na contagem e proporções definidas pelos resultados observados nas descendências dos cruzamentos Dominância parcial

18 Caracteres quantitativos Classes fenotípicas com distribuição contínua Herança poligênica Cada um dos genes: pequeno efeito Grande influência do ambiente Ex.: Rendimento de grãos; altura de plantas

19 Genética Quantitativa Estuda os caracteres quantitativos 1)Herança poligênica 2) Estudo em nível de populações e baseado na estimação de parâmetros tais como média, variância e covariância 3) Variações contínuas e efeito do meio

20 Sistemas Reprodutivos em Plantas Cultivadas 1 - Conhecer o sistema reprodutivo 2 - Decidir sobre métodos de melhoramento

21 Morfologia floral (unissexuais ou hermafroditas) Processos de fecundação e fertilização Definição da metodologia Reprodução: Assexual(s/fusão de gametas) Sexual (c/ fusão de gametas)

22 Reprodução Assexual Propagação vegetativa Multiplicação comercial das espécies - RÁPIDA E UNIFORME Não atua na modificação dos caracteres hereditários

23 Não exclui a propagação sexual (batata, batatadoce) Espécies de ciclo longoperene (fruteiras) Espécies de ciclo curto (batata, cana-de açúcar, mandioca, morango) Em geral: Alto grau de HETEROZIGOSE Sexual = segregação SELEÇÃO

24 No melhoramento Identificação de indivíduos Superiores Multiplicação vegetativa Ensaios de competição Multiplicação e distribuição

25 Reprodução Sexual AUTÓGAMAS Ex.: soja, feijão, trigo, arroz ALÓGAMAS Ex.: milho, uva, repolho, manga Evolução: inicialmente todas as espécies seriam alógamas

26 Plantas Autógamas Homozigose: alelos iguais em locos correspondentes de cromossomos homólogos (AABBccdd) População de plantas autógamas: "Linha pura" ou mistura de linhas puras relacionadas entre si (linhagens homozigotas)

27 Pequena taxa de fecundação cruzada espécie insetos polinizadores intensidade do vento condições climáticas (temp. e umidade) Ex.: alface - 6%; feijão, fumo e trigo - 4% soja < 1% ; tomate até 5%

28 Autógamas com alta taxa de fec. cruzada (10 a 50%): algodão, berinjela, café, quiabo, sorgo Freqüência de cruzamentos naturais x escolha de métodos

29 Determinação da taxa de cruzamento natural Procedimento experimental simples - gene marcador de fácil identificação Gene marcador expresso na fase de plântula facilita o procedimento Fileiras alternadas: gene marcador dominante e recessivo Coincidência no florescimento Colher as sementes nas plantas cujo gene marcador é recessivo Semear e avaliar a progênie Ex.: feijão

30 Condições para a autogamia: Cleistogamia Estruturas morfológicas. Ex.: tomate (estigma cresce dentro de um cone de anteras)

31 Técnicas de hibridação Emasculação Porcentagem de pegamento Atenção: flor perfeita x autofecundação

32 Plantas alógamas Heterozigose (populações panmíticas) Grupos (tipo de flor): Hermafroditas: batata-doce, cebola, cenoura Não há barreira (distância) entre F e M

33 DICOGAMIA

34 Protandria e Protoginia

35 Mecanismos de proteção da alogamia: Dioicia Plantas dióicas: mamão, espinafre Monoicia Plantas monóicas: abóbora, melancia, melão Diferenças estruturais (estigma mais comprido que os estames) Autoincompatibilidade Macho-esterilidade

36 Dioicia

37 Monoicia

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39 Heterostilia Flores Pin Flores Thrum Pistilo Antera Primula vulgaris. Las flores Pin (A) presentan los filamentos de los estambres cortos y los pistilos largos. Las flores Thrum (B) muestran, en cambio, pistilos cortos y filamentos largos. Referencias: 1.- pétalos, 2.-sépalos, 3.- anteras de los estambres y 4.- pistilo. Las únicas polinizaciones legítimas son las que se producen en cruzamientos Pin x Thrum o Thrum x Pin

40 Autoincompatibilidade Pólen não fecunda o óvulo da mesma flor -Processo bioquímico -- Desde a polinização até a fecundação Gametofítico -Gene S -- Muitas formas alélicas Esporofítico -Um só gene com alelos múltiplos -Alelos com dominância Não se obtêm sementes Não se obtêm sementes

41 Sistema Gametofítico Incompatibilidade completa S 1 S 2 x S 1 S 2 Incompatibilidade Parcial S 1 S 2 x S 1 S 3 Incompatibilidade Nula S 1 S 2 x S 3 S 4

42 Sistema Esporofítico É conferido ao pólen pela planta produtora do grão-de-pólen Incompatibilidade Total S 1 S 2 x S 1 S 2 S 1 S 2 x S 1 S 3 Incompatibilidade Nula S 1 S 2 x S 3 S 4

43 genomebiology.com/2002/3/2/reviews/1004

44 Esterilidade masculina Autoincompatibilidade x esterilidade Gametas não funcionais - razões: aberrações cromossômicas ação de genes origem citoplasmática

45 Causam: -aborto de flores -impedem desenvolvimento do pólen, do saco embrionário ou do endosperma Tipos: a) Esterilidade masculina genética b) Esterilidade masculina citoplasmática c) Esterilidade masculina genético-citoplasmática Não é mecanismo normal de controle da hibridação em pop naturais

46 a) Esterilidade masculina genética Esterilidade masculina de origem genética esterilidade é recessiva controlada por um gene manutenção de macho-estéreis: cruzamentos entre m.e. e plantas férteis heterozigotas ss x SF 50% estéril 50% fértil

47 b) Esterilidade masculina citoplasmática depende do citoplasma produção de sementes na presença de polinizadoras F 1 - somente indivíduos ME Manutenção: ME X MF F 1 (ME)

48 c) Esterilidade genético-citoplasmática ME podem produzir descendentes férteis (depende da planta polinizadora) Genes "restauradores"

49 S=macho- estéril F=macho fértil F é dominante sobre S

50 Determinação do modo de reprodução Avaliar as estruturas florais Flores hermafroditas: alógamas ou autógamas Flores dióicas: alógamas Flores monóicas: alógamas

51 Isolar as plantas - produção as sementes Planta isolada Não produziu semente (não é autógama) Produziu semente: autógama alógama F 1 F 2 Comparar com o vigor da planta mãe

52 CONTROLE DA POLINIZAÇÃO evitar polinização cruzada campos de melhoramento produção de sementes comerciais isolamento no espaço isolamento no tempo barreiras artificiais contra a dispersão do pólen dirigir a reprodução conforme as necessidades dos métodos

53 Literatura consultada: 1. Allard, R.W. (1960). Princípios do Melhoramento Genético das Plantas. Editora Edgard Blücher. Capítulos 8, 9 e Falconer, D.S. (1987). Introdução à Genética Quantitativa. Editora UFV. 3. Borém, A. Melhoramento de plantas. Viçosa: UFV, Capítulo 5, 453 p. 4. Ramalho, M.A.P.; Santos, J.B.; Pinto, C.A.B.P. Genética na agropecuária. Lavras: UFLA, Capítulo 11, 472 p.